第2章 机械零部件的摩擦、磨损与润滑概述

第2章磨擦、磨损及润滑概述（一）教学要求掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程及润滑剂类型。

（二）教学的重点与难点摩擦副基本性质、典型磨损过程及润滑剂的选择（三）教学内容§2.1 摩擦摩擦——两接触的物体在接触表面间相对滑动或有一趋势时产生阻碍其发生相对滑动的切向阻力，——这种现角叫磨擦磨损——由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。

使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏润滑——减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。

摩擦学——包含力学、流变学、表面物理、表面化学及材料学、是边缘和交叉学科。

一、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦而实际上，即使很洁净的表面上也存在脏污膜和的氧化膜，实际f比在真空中测定值小很多。

机理：②机械摩擦理论→认为两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力为啮合点问切向阻力的总和，表面越粗糙，摩擦力就越大。

但不能解释光F越大，且与滑动速度V 滑表面间的摩擦现象——表面愈光滑、接触面越大，f有关。

二、边界摩擦（边界润滑）——摩擦面上有一层边界膜起润滑作用边界膜物理吸附膜——润滑油中脂肪酸极性分子与金属表面相互吸引而引成的吸附膜，其摩擦如图2-4a和2-4b所示，图2-5为吸附在金属表面上的多层分子膜模型，距表面愈远吸附能力愈弱，剪切强度愈低，f随层数而下降。

膜——边界膜较薄（一个分子长约2nm，如膜有10个分子厚，其厚度为0.02μm，远小于两摩擦表面的粗糙度之和），∴磨损不可避免。

另外，温度对物理吸附膜影响较大→受热膜易脱附、乱向甚至破坏，∴适于常温、轻载、低速下工作。

化学吸附膜——由润滑油中的分子靠分子键与金属表面形成化学吸附的称——强度、稳定性好于物理吸附膜，受热后熔化温度较高，适合于中等载荷、速度和温度下工作。

化学反应膜——润滑油中加入硫、磷等元素的化合物（即添加剂）与金属表面进行化学反应而形成的膜——较厚、熔点较高、剪切强度较低、稳定性较好，∴适合于重载、高速和高温。

摩擦、磨损与润滑概述摩擦、磨损和润滑是一个古老的课题，摩擦学的一般定义是：“关于相对运动中相互作用表面的科学、技术及有关的实践”。

通常也理解为包括摩擦、磨损和润滑在内的一门跨学科的科学。

在机器系统中，机器构件的运动是最基本和最重要的功能。

机器构件之间的相对运动和接触作用(约束)是通过运动副来实现的，同时也在运动副中两表面之间产生摩擦、磨损和润滑等物理现象，称作摩擦副。

运动副主要分为低副(理论上为面接触，如滑动轴承、导轨、制动器、密封等)和高副(理论上是线、点接触，如齿轮、凸轮等)。

机器中任何一个摩擦副故障(称为摩擦学失效)，都将使机器全部或相关部分产生超出设计允许的运动甚至造成功能的失效。

而这种故障在概率上又远远超过由构件整体失效导致的功能丧失。

同时，避免摩擦学失效，是一件非常复杂及艰难的问题。

因此，摩擦副的设计就是摩擦学研究的基本问题和极其重大的课题，也是机器设计的关键技术之一。

机器除了要消耗很大一部分的能量来克服摩擦阻力外，由于机器中的摩擦副往往会较早地损坏，相应的零部件(易损件)就需要定期更换。

许多机器每年制造用以更换易损件的钢材量与制造整机的相当。

再加上制造、运输、存储、维修维护的费用和维修时的停机损失，构成了机器运行成本中的一个很大的份额。

具统计，汽车的维护费用与油料费用相当；机器的失效报废，有80%以上是由磨损造成的。

常见的摩擦学失效如下：1.轴承因磨损而间隙变得过大，轴颈就偏离设计规定的位置，机器将失去预定的运动精度；当轴上作用有不稳定的载荷时，间隙过大直接导致轴颈与轴承表面的撞击和机器的振动；轴及轴上零件的变位，会导致许多不同类型的非法运动；摩擦形成的热膨胀使间隙变小或润滑不良，轴颈就可能与轴承咬死而完全不能旋转。

2.齿轮齿面或凸轮表面因磨损几何形状发生变化，结果将破坏齿轮传动的平稳性和设计所规定的从动件的运动规律，磨损还造成齿轮轮齿强度的降低和断齿。

3.运动副（如机床导轨等）的“爬行”是一个古典的非线性振动问题，其起因是静摩擦系数大于动摩擦系数而产生的特殊现象。

摩擦、磨损及润滑概论在外力作用下，一物体相对于另一物体运动(或有运动趋势)时，在摩擦表面上所产生的切向阻力叫做摩擦力，其现象称为摩擦。

摩擦是一种不可逆过程，其结果必然造成能量损耗、效率降低、温度升高、摩擦表面物质的丧失或迁移——表面磨损。

过度磨损会使机器丧失应有的精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。

统计资料表明，世界上在工业方面约有30％的能量消耗于摩擦过程中，约有80%的零件是因磨损而报废。

而为了减少摩擦、磨损，提高机器效率，减小能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性，工程中最经济、最有效、也是最常用的方法就是润滑。

当然，摩擦在机械中也并非总是有害的，如利用摩擦传递动力(如带传动、摩擦无级变速器、摩擦离合器)、制动(如摩擦制动器) 或吸收能量起缓冲阻尼作用(如环形弹簧、多板弹簧)等正是靠摩擦来工作的，这时还要进行增摩技术的研究。

因此，研究摩擦、磨损和润滑，弄清其现象、机理和影响因素，以便在设计阶段就采取有效的措施加以控制，已成为机械设计的基本任务之一。

现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为摩擦学。

本章将概略介绍机械设计中有关摩擦学方面的一些基本知识。

第一节摩擦及润滑机理一、摩擦表面的形貌金属是机械中最常用的材料，故在此只讨论金属的表面形貌。

我们知道，即使是经过精加工的表面也不是理想光滑的，在显微镜下放大来看，总是高低不平的。

有的大体上有一定规律，如刨削表面；有的则完全是随机的，象地球表面一样，十分复杂，如抛光表面。

图10-1所示为表面形貌的放大图，凸起的地方称为微凸体(波峰)。

目前，常用剖面轮廓的表面粗糙度和表面波度来表征表面的形貌。

例如，表面轮廓的算术平均偏差R a就是表面粗糙度的一个重要参数，磨削表面的R a约为0.63μm左右，抛光表面的R a则为0．08μm左右，R a值愈大表明表面愈粗糙。

图10-1 摩擦表面的形貌显然，两个这样的摩擦表面直接接触时，实际接触的只是个别的微凸体，如图10-2所示。

第二章摩擦、磨损及润滑概述（1学时）一、教学目标及基本要求1、明确摩擦学所包含的主要内容、研究对象及其重要性。

2、了解摩擦与磨损的分类、机理和影响因素，形成油膜的动压和静压原理。

3、了解干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦的机理、物理特征及其影响因素。

4、了解摩损的一般规律及各种磨损的机理、物理特征和影响因素。

5、了解润滑的作用及润滑剂的主要质量指标。

6、掌握流体动力润滑的基本概念及油楔的承载原理。

二、教学内容1、摩擦2、磨损3、润滑三、教学内容的重点和难点重点：1、摩擦的机理、物理特征和影响因素2、磨损的机理、物理特征和影响因素3、流体动力润滑的基本原理难点：油楔的承载理论及弹性流体动力润滑原理四、教学内容的深化与拓宽见参考书目五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握，如干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦，粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和腐蚀磨损等。

应注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。

六、主要参考书目1、龙振宇主编．机械设计．北京：机械工业出版社，20022、濮良贵主编．机械设计．北京：清华大学出版社，20013、邱宣怀主编，机械设计（第四版），高等教育出版社，19984、余俊等主编，机械设计（第二版），高等教育出版社，1986七、相关的实践性环节无八、课外学习要求结合不同具体机械零件，指出粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和腐蚀磨损，说明发生的条件、磨损的形成及设计时应改善的措施。

九、习题2-2，2-6，2-8，2-10。

机械工程手册第22篇摩擦、磨损与润滑机械工程手册第22篇摩擦、磨损与润滑摩擦、磨损与润滑是机械工程中一个非常重要的课题。

在日常生活和工作中，我们都会接触到各种各样的机械设备和零部件，而摩擦、磨损与润滑正是这些设备和零部件运行中不可或缺的因素。

本篇文章旨在从深度和广度的角度对这一主题进行全面评估，以帮助读者更全面、深刻地理解机械工程中的摩擦、磨损与润滑。

1. 摩擦摩擦是指两个物体间由于相互接触而产生的阻力。

在机械设备中，摩擦往往会给机械零部件的运行造成一定的影响。

摩擦的种类有很多，包括干摩擦、润滑摩擦、滚动摩擦等。

在摩擦的研究中，我们需要考虑摩擦系数、摩擦力的计算方法以及如何减小摩擦对机械设备的影响等问题。

2. 磨损磨损是指机械零部件在长时间摩擦作用下逐渐失去材料并减小其尺寸的现象。

磨损会导致机械零部件的损坏，降低设备的使用寿命，甚至造成设备的故障。

研究磨损的机理、预防磨损的方法以及对磨损进行评估都是非常重要的。

3. 润滑润滑是指通过给机械零部件表面涂抹润滑油或润滑脂等物质，以减小摩擦阻力，防止磨损，并保持机械设备正常运转的过程。

润滑对机械设备的正常工作起着至关重要的作用，因此研究不同润滑方式的特点、选用润滑材料的原则、润滑膜的形成机理等问题都是极为重要的。

以上是对机械工程中摩擦、磨损与润滑这一主题的整体概述。

接下来，我们将从不同角度对这些问题进行更深入的探讨，并结合个人观点和理解进行分析。

深入探讨1. 摩擦摩擦是机械运动中不可避免的现象，但我们可以通过一些手段来减小摩擦对机械设备的影响。

在摩擦的研究中，我们不仅需要了解摩擦系数的计算方法，还需要关注摩擦对机械设备运行稳定性和效率的影响。

我们还可以探讨不同润滑方式对摩擦的影响，以及如何选择合适的润滑方式来减小摩擦阻力。

2. 磨损磨损是机械设备长期运行中不可避免的问题，但我们可以通过一些措施来延缓磨损的发生。

研究磨损的机理和预防磨损的方法至关重要。

我们可以探讨不同材料的磨损性能、不同磨损机理对机械设备的影响，以及如何选择合适的材料和磨损预防方法来延长机械设备的使用寿命。

第2章摩擦磨损润滑1.摩擦摩擦磨损、润滑和密封失效是现代机械系统的主要失效原因。

➢干摩擦：两摩擦表面间直接接触不加入任何润滑剂的摩擦称为干摩擦。

➢边界摩擦：两表面加入润滑油后，在金属表面会形成一层边界膜(约为0.02μm)。

油膜较薄时，在载荷的作用下，边界膜互相接触，横向剪切力比较弱，这种摩擦状态称为边界摩擦。

➢液体摩擦：两摩擦表面间被一层具有一定压力、一定厚度、连续的流体润滑剂完全隔开，摩擦性质取决于液体内部分子间粘性阻力的摩擦，称为液体摩擦。

➢混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态，称为混合摩擦。

磨损曲线度。

此外，润滑剂还能防锈、减振、密封、清除污物和传递动力等。

润滑剂：润滑油、润滑脂（1）润滑油的主要性能指标➢粘度：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻止分子间的相对运动而产生的一种内摩擦力，称为液体的粘性。

分为动力粘度、运动粘度和相对粘度。

➢油性：反映在摩擦表面的吸附性能（边界润滑和粗糙表面尤其重要）;➢闪点：润滑油蒸汽遇到火焰即能发出闪光的最低温度，是衡量润滑油易燃性的指标；➢凝点：冷却，由液体转变为不能流动的临界温度(低温启动性能);➢极压性：反映在金属表面生成化学反应膜的性能。

（2）润滑脂的主要性能指标➢针入度：在25℃恒温下，使重量为1.5N的标准锥体在5s内沉入润滑脂的深度(以0.1mm计)。

它标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。

➢滴点：指润滑脂受热熔化后从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度。

它标志着润滑脂耐高温的能力。

4.液体摩擦润滑根据两摩擦表面间形成压力油膜原理的不同，可将液体摩擦润滑分为液体动力润滑、弹性流体动力润滑和液体静压润滑。

5.摩擦学研究现状及发展趋势液体润滑理论；表面处理技术；纳米摩擦学；生物摩擦学；。